[发明专利]超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法。

背景技术

为了制造超薄栅极氮氧化硅（Ultra-thin Gate SiON）的薄膜，一般需要在硅衬底（Si）上先生成超薄栅极氧化物（Ultra-thin Gate Oxide）的SiO₂薄膜（图1），再进入氮化工艺使用N₂O/NO的氮源气体进行退火处理，从而在硅衬底（Si）与SiO₂薄膜的分界面处引入氮原子与硅原子键结形成有一个含氮层。一般半导体业界将含氮的SiO₂通称为氮氧化硅SION，即是说，根据上述工艺在栅极位置得到的所述SiO₂薄膜及含氮层就是所需的超薄栅极氮氧化硅薄膜，以下简称SiON薄膜（图2）。

然而，如果要在形成的SiON薄膜中测量氮的含量，目前的方法是将产品送至外部的检测机构，使用SIMS（二次离子质谱仪）或XPS（X光电子能谱仪）等仪器进行检测，不仅需要破坏送检的硅片，还具有检测时间长（约2-7天），费用昂贵的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法，对半导体结构进行再氧化处理后，根据薄膜厚度的增加量来计算SiON薄膜中的氮含量，检测结果更直观。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法。

在进行所述氮含量测量方法之前，已经在一个半导体结构中对应栅极的位置，在作为硅衬底的Si层上，生长了一层超薄栅极氧化物薄膜即第一SiO₂层；并进一步通过氮化工艺在所述Si层与所述第一SiO₂层的分界面处引入氮原子与硅原子键结以形成一个含氮层，所述第一SiO₂层及所述含氮层构成超薄栅极氮氧化硅薄膜即SiON层；所述氮含量测量方法，即适用于测量包含所述SiON层的半导体结构，其特征在于，

所述氮含量测量方法，包含以下步骤：

步骤1、对所述半导体结构上的薄膜厚度进行测量，并记该厚度为第一厚度h；

步骤2、对所述半导体结构进行再氧化处理；

步骤3、对经过再氧化处理后的半导体结构上的薄膜厚度进行测量，并记该厚度为第二厚度H；

步骤4、根据第二厚度H与第一厚度h的差值，计算半导体结构上薄膜厚度的增加量Δh ，即Δh =H-h，从而计算得到与所述厚度的增加量Δh相对应的氮氧化硅薄膜中的氮含量。

步骤1中测量的，是所述半导体结构中对应栅极位置的SiON层的整体厚度。

步骤2中所述再氧化处理，是对所述半导体结构进行的快速热氧化处理。

步骤2中，在进行所述再氧化处理之后，会在Si层的表面进行氧化反应，并形成位于所述Si层与所述SiON层的分界面处的另一个氧化物薄膜即第二SiO2层。

步骤3中测量的，是所述半导体结构中对应栅极的位置从下至上依次布置的所述第二SiO2层和所述SiON层的整体厚度。

步骤4中，所述半导体结构在进行再氧化处理之前和之后薄膜厚度的增加量Δh与氮氧化硅薄膜中的氮含量成反比，即，测得的厚度增加量Δh越大，氮氧化硅薄膜中的氮含量越低，而测得的厚度增加量Δh越少，氮氧化硅薄膜中的氮含量越高。

步骤4中，还进一步包含以下过程：即，通过计算所述半导体结构在进行再氧化处理之前和之后薄膜厚度的增加量Δh与氮氧化硅薄膜中的氮含量之间的关系函数并绘制函数曲线，从而根据所述函数及函数曲线，以测得的薄膜厚度增加量Δh来计算所述氮氧化硅薄膜中的氮含量。

与现有技术相比，本发明所述超薄栅极氮氧化硅薄膜的氮含量测量方法，其优点在于：本发明中通过对形成有超薄栅极氮氧化硅薄膜的半导体结构进行再氧化处理，并在相应的函数曲线中，根据硅衬底上薄膜厚度的增加量来计算SiON薄膜中的氮含量，该测试方法的检测结构更为直观，并且不需要破坏送检的硅片，通过常规的厚度测量工具椭圆偏振光仪就可以实现，不需要借助外部昂贵的检测设备，能够节省检测成本，并有效缩短检测时间（本发明中再氧化处理及厚度量测的时间一共只需要约2小时）。

附图说明

图1是通过常规制程在硅衬底Si层上生长氧化物薄膜SiO₂层的半导体结构示意图；

图2是在图1基础上，进一步在Si层与SiO₂层的分界面处引入氮原子与硅原子键结形成一个含氮层从而构成超薄栅极氮氧化硅薄膜SiON层的半导体结构示意图。